(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機発光分子層と、
前記有機発光分子層の両側に配置されて、前記有機発光分子層に電位差を加える第一電極および第二電極を有する有機発光素子と、
前記有機発光素子を挟んで配置されて、前記有機発光素子の発光スペクトルの強度を変調する反射層又は半透明反射層の何れか又は双方からなる光共振器と、を絶縁基板上に備えた自発光素子であって、
前記絶縁基板面の正面方向において、前記光共振器による前記有機発光分子層の発光の強度増強特性の前記絶縁基板面の正面方向における振幅のピークを、前記有機発光分子層の発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域内の発光色に有すると共に、
前記有機発光分子層の発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域外の長波長側にも振幅のピークを有し、
前記自発光素子を前記絶縁基板面の斜め方向から観察した際、前記長波長側の振幅のピークが前記有機発光分子層の発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域内にシフトされる時に、前記短波長側の振幅のピークが前記有機発光分子層の発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域外にシフトされることを特徴とする自発光素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記絶縁基板面の正面方向に、前記絶縁基板面の正面方向の前記有機発光分子層の発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域の長波長域発光成分を低減する光フィルタを設けたことを特徴とする自発光素子。
【請求項３】
請求項１において、
前記絶縁基板面の正面方向に、前記絶縁基板面の斜め方向から観察した際の発光の色度を前記有機発光分子層の発光に近づける波長特性を有するカラーフィルタを設けたことを特徴とする自発光素子。
【請求項４】
それぞれが赤色、緑色、青色に発光する３色の有機発光分子層と、
前記有機発光分子層の両側に配置されて、前記有機発光分子層に電位差を加える第一電極および第二電極を有する有機発光素子と、
前記有機発光素子を挟んで配置されて、前記有機発光素子の発光スペクトルの強度を変調する一対の半透明反射層からなる光共振器と、を備えた自発光素子を絶縁基板上に複数配列して表示領域とした表示装置であって、
前記自発光素子の前記赤色、前記緑色、前記青色のいずれか１種以上について、
前記自発光素子が、
前記絶縁基板面の正面方向において、前記光共振器による前記有機発光分子層の発光の強度増強特性の前記絶縁基板面の正面方向における振幅のピークを、前記有機発光分子層の発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域内の赤、緑、青の発光強度が０→最大→０となるいずれかの発光色に有すると共に、前記有機発光分子層の発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域外の長波長側にも振幅のピークを有し、
前記自発光素子を前記基板面の斜め方向から観察した際、前記長波長側の振幅のピークが前記有機発光分子層の発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域内にシフトされる時に、前記短波長側の振幅のピークが前記有機発光分子層の発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域外にシフトされることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記有機発光分子層は、前記絶縁基板面の正面方向の前記発光スペクトル強度が、その短波長側から長波長側に向って極小→極大、極大→極小となる特性の部分のスペクトルを有し、かつ
前記短波長側から長波長側に向って極小→極大、極大→極小となる波長域内に、前記絶縁基板面の正面方向または前記絶縁基板面の斜め方向で観測される前記光共振器による強度増強特性の振幅のピークを少なくとも２つ有しており、
それぞれの前記ピークの波長は、その１つは極小→極大内にあり、他の１つは極大→極小内にあることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項４において、
前記有機発光分子層は、前記絶縁基板面の正面方向の前記発光スペクトル強度が、その短波長側から長波長側に向って極小→極大、極大→極小となる特性の部分のスペクトルを有し、かつ
前記発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域内に、前記絶縁基板面の正面または前記絶縁基板面の斜め方向で観測される前記光共振器による強度増強特性の振幅のピークを当該斜め方向の角度で少なくとも２つずつ有しており、
それぞれの前記ピークの波長は、その１つは極小→極大内にあり、他の１つは極大→極小内にあることを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項４において、
前記有機発光分子層は、前記絶縁基板面の正面方向の前記発光スペクトル強度が、その短波長側から長波長側に向って極小→極大、極大→極小となる特性の部分のスペクトルを有し、かつ
前記発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域内に、前記絶縁基板面の正面または前記絶縁基板面の斜め方向で観測される前記光共振器による強度増強特性の振幅のピークを少なくとも２つ有しており、
それぞれの前記ピークの波長は、その１つは０→極大内にあり、他の１つは極大→０内にあることを特徴とする表示装置。
【請求項８】
請求項５，６，７の何れかにおいて、
前記自発光素子を前記表示装置の前記表示領域を構成する自発光素子総数の一部に用いたことを特徴とする表示装置。
【請求項９】
請求項５，６，７の何れかにおいて、
前記自発光素子の前記赤色、前記緑色、前記青色のいずれか１種以上を前記表示装置の前記表示領域を構成する自発光素子総数の全部に用いたことを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
請求項５，６，７の何れかにおいて、
前記絶縁基板上に形成される前記自発光素子は、前記第一の電極である金属電極兼全反射鏡、電子注入層、電子輸送層、有機発光層、ホール輸送層、前記第二の電極である透明電極、透明誘電体層、半透明反射鏡を、この順で積層されていることを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記金属電極兼全反射鏡の外側に、前記有機発光分子層の発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域の長波長域発光成分を低減する光フィルタを設けたことを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記半透明反射鏡の外側に、前記有機発光分子層の発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域の長波長域発光成分を低減する光フィルタを設けたことを特徴とする表示装置。
【請求項１３】
請求項５，６，７の何れかにおいて、
前記絶縁基板上に形成される前記自発光素子は、前記第一の電極である第一の半透明反射鏡、電子注入層、電子輸送層、有機発光層、ホール輸送層、前記第二の電極である透明電極、透明誘電体層、第二の半透明反射鏡をこの順で積層されていることを特徴とする表示装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第一の半透明反射鏡の外側および前記第二の半透明反射鏡の外側のそれぞれに、前記有機発光分子層の発光スペクトル波長の発光強度が０→最大→０となる領域の長波長域発光成分を低減する光フィルタを設けたことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子からなる自発光画素およびこの自発光画素を用いて構成した表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子の発光前面に半透明反射鏡を設置し、反対側の反射鏡との間の、往復の光学的長さ（共振器全長）が所望の発光波長の整数倍になる光共振器（微小共振器、キャビティ）にすることにより、発光スペクトルの半値幅を小さくして所望の発光波長で単色化し、同時に発光ピーク強度をエンハンスすることが可能である（特許文献１、特許文献２）。光共振器構造に関係した物性については、非特許文献１に詳説されている。
【０００３】
赤色（R）、緑色（G）、青色（B）の画素を１カラー画素として配置した表示パネルを用いたフルカラーの表示装置（以下、表示装置をディスプレイとも称する）においては、光共振器構造として発光素子を最適化するためには、R、G、Bそれぞれの発光波長に合わせて光共振器全長を変えた構造をとっていた（特許文献４参照）。なお、フルカラー表示の場合はそれぞれの色の画素を副画素と呼ぶが、本発明のように自身が発光する副画素である場合には、赤色（R）、緑色（G）、青色（B）の画素（この場合は副画素）のそれぞれを自発光素子と称することもある。
【特許文献１】特開平４―２５２５２６号公報
【特許文献２】特開平５―０５９１４５号公報
【特許文献３】特開２００６―３２３２７号公報
【特許文献４】特開２００５―１１６５１６号公報
【非特許文献１】T. Nakayama: "Organic luminescent devices with a microcavity structure", included in "Organic electroluminescent materials and devices ", edited by S. Miyata, published by Gorden & Breach Science Publisher (1997).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
共振器を備えた従来の自発光素子を用いた表示装置は、長波長成分の追加をはたす追加画素構造を副画素に追加する方法が提案されている（特許文献３）が、この方法では、副画素として用いられる面積分だけ、パネル全体としての発光効率低下を招き、高輝度化は困難である。共振器長（キャビティ長とも言う）が表示装置のパネルを構成する絶縁基板面の正面からの観察角度（視角）が正面方向から斜め方向に角度が深くなるに従って短くなるために、共振ピーク波長が短波長側にシフトする。その結果、表示の色度が青色方向にシフトし、同時に光の強度が変化し、表示品質が劣化するという特性があり、多人数が使用する等の表示パネルとしての解決課題となっていた。
【０００５】
本発明の目的は、共振器構造を有する有機発光素子固有の視角依存性に起因する色度シフト、色相変化を改善し、高品質の自発光素子およびこれを用いた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この色度シフト、強度変化を解決するには、本発明では、絶縁基板面に対して斜め方向でR、G、B各色のスペクトルの長波長部に、更に別の共振ピークを追加で発生させる構造の自発光素子とした。また、この自発光素子を用いて表示装置を構成した。
【０００７】
ここで、光共振器構造を有する有機発光素子について説明する。光共振器構造における光共振器長（以下、Ｌと表記）とは、光学的な共振強度振幅形状から決定される値である。Ｌは、反射面ではさまれた間のすべての薄膜ｉについて、実測される膜厚（ｄi）にそれぞれの屈折率(ｎi)を掛け合わせて得られる光学的長さ（ｎiｄi）をすべて足し合わせて往復の行路の分として２倍したもの（Σ２ｎiｄi）に、反射鏡面上での反射による位相シフト分を長さに換算した値を加えたものにほぼ一致する。さらに正確には、帯電界面を光が通過する時に生じる位相シフト分を長さに換算した値などの補正値を加えたものからなる。
【０００８】
この光共振器全長にｍ個（mは１以上の自然数）の光の振幅が乗ったときには共振を強くする共振増強波長（共振増強特性のピーク波長）はＬ／ｍで得られる。たとえば、絶縁基板面に垂直な方向（正面方向）の角度（視角０°）において、Ｌが４５００nm、ｍが１０の時、共振増強波長は４５０nmである。さらに、このＬに対してｍが９の場合は５００nmとなり、Ｌが４５００nmの共振器の場合は、４５０nmと５００nmに、同時に共振増強特性のピークを持つこととなる。
【０００９】
また、逆に、特定の実作素子に対し光学的測定を行って光共振増強特性のピーク波長を得ることはむしろ容易であり、光共振増強特性のピークが４５０nmと５００nmに実測されれば、Ｌは４５００nm、ｍは１０および９であると連立１次式解法から得ることができる。特定の素子構造に対して得たこの実測値を出発点として、反射鏡間の膜厚を調整して光学的長さ（Σ２ｎiｄi）の部分の値を変え、所望の光共振増強特性のピーク波長を持つ素子を設計する、といった手順も光共振特性設計の現実的手法である。
【発明の効果】
【００１０】
追加した共振ピークによる発光が絶縁基板面に対する斜め方向においては、発光スペクトルのスペクトル域内にシフトして長波長側発光色を増強させることにより、共振ピーク波長のシフトを低減、もしくは解消することができる。また、この追加した共振ピークにより、従来では利用されずに素子内部で熱となって消滅されていた発光スペクトル内の長波長部分の発光成分が利用されて取り出されるので、素子の光強度が増大し、発光効率が向上すると同時に、自発光素子の熱的劣化を緩和して素子の長寿命化を果たすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、有機発光素子で形成した本発明の自発光素子の構成をその光学特性の測定結果と共に実施例１として説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１Ａは、本発明の自発光素子の実施例を説明するための複数の共振強度ピークを持つ光共振器特性図である。図１Ｂは、本発明の自発光素子の実施例を構成する有機分子の発光スペクトルの説明図である。そして、図１Ｃは、絶縁基板面に対する視野角の違いにおける発光スペクトルの説明図であり、図１Ｃの（a）は０deg.、図１Ｃの（b）は３０deg.、図１Ｃの（c）は６０deg.における発光スペクトルを示す。
【００１３】
図１Ａに示したように、同時に複数の（上記の例では視角０°において、４５０nmと５００nmに）光共振増強特性のピーク（波長Ａ０，Ｂ０）を持つ光共振器構造を有する有機発光素子で形成した自発光素子を図１Ｂに示した最小波長Ｒ１、最大波長Ｒ２の発光スペクトル成分を有する有機発光素子を用いて作製し、これについて測定を行った。ここで、Ｒ１＜Ａ０＜Ｒ２〜Ｂ０、ただしＲ２＜Ｂ０、とする。本実施例では、有機発光材料に、例えば４２０ｎm〜４８０nm付近に発光成分を有する有機発光分子からなる材料を用いた。
【００１４】
なお、上記有機発光分子の発光スペクトルは、例えば、精製した粉末にＵＶ光など、その発光よりも短波長の光を照射して測定するフォトルミネッセンス（ＰＬ）を用いる。本実施例で用いる発光は電界発光（エレクトロルミネッセンス、ＥＬ）であるため、発光素子に用いる他の分子や電界、電荷注入の影響、積層による光学的効果を追加で生じるため厳密には同一ではないが、近似的には同一と見なせる発光スペクトルになる。
【００１５】
有機発光分子の発光スペクトルは、図１Ｂに示したように、もっとも単純な短波長側から長波長側に向けて０→最大→０といったＲ１からＲ２にかけてなだらかな単一ピークを示す形状の特性をもつものを用いるのが本実施例で高効率を得るためには理想的である。高効率に発光を取出すには、図１Ｂに示した有機発光分子の発光スペクトル最大値波長Ｑ０が、発光素子が目的とするＲ、Ｇ、Ｂいずれかの最適色純度波長Ｐ０付近にあることが望ましく、光共振器波長Ａ０が視角０°においてこの波長付近になるように光共振器全長Ｌを設計する。
【００１６】
光共振器構造を持つ有機発光素子である本実施例の自発光素子から取り出される発光スペクトルは、０次近似的には、発光スペクトル強度波形に光共振特性強度波形を掛け合わせたものとして得られる。以下では、隣り合う光共振増強特性のピークについて、共振ピークＡ（上記の例ではｍ＝１０の共振）、共振ピークＢ（上記の例ではｍ＝９の共振）と呼び、共振ピークＡ及びＢを有機分子の発光スペクトルに組み合わせた素子で得られる発光スペクトルのピークを発光ピークＡ、発光ピークＢと呼ぶこととする。
【００１７】
光共振器構造有機発光素子である自発光素子の基板面垂直方向（正面方向）からの角度（傾斜方向、視角）を０°、および３０°、６０°としたときの発光スペクトルが図１Ｃに示されたものである。まず、共振ピークＡに由来する発光ピークＡは、視角０°においては０°の光共振波長Ａ０（上記の例では４４０nm付近）付近にあるが、視角増大に従って短波長側にシフトして色度の変化（ブルーシフト）と強度低下を起こす。これは、視角が大きくなるに従ってＬが短くなるために共振ピークＡの波長が短波長側にシフトする一方、有機分子の発光スペクトルは視角依存性がほとんどなく一定であるためである（詳しくは、非特許文献１参照）。
【００１８】
視角０°においては、共振ピークＢは有機分子の発光スペクトル成分部の長波長外側であるため、発光ピークＢを発生させず、（上記の例では４４０nm付近の）発光ピークＡのみであるが、視角が３０°、６０°と大きくなるに従って、短波長側にシフトし、発光成分として発光ピークＢを発生するようになる。その結果、視角増大に従って短波長側にシフトして色度の変化（ブルーシフト）と強度低下を起こす発光ピークＡに対し、発光ピークＢが発生し、色度と強度の変化を補正して小さくする機能を果たすことができる。
【００１９】
本発明で言う所謂青色（青色領域）とは、多くの場合に用いられるように、ＣＩＥ色度図におけるpurplish blue, blue, greenish blueを、所謂緑色（緑色領域）とはbluish green, green, yellowish greenを、所謂赤色（赤色領域）とはreddish orange, redの領域を指す。３原色光源については、ＮＴＳＣ，ＥＢＵなどの複数の工業規格があり、これらを自発光素子設計上の目安と見なすことができる。
【００２０】
ＮＴＳＣであれば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各単色波長としては、それぞれ６１０nm、５４０nm、４７０nm付近である。また、光共振器構造を用いる場合は、光共振器構造無しの発光スペクトルがそれぞれの代表的波長（Ｂ：４７０ｎｍ、Ｇ：５４０ｎｍ、Ｒ：６１０ｎｍ）を成分として含んでいれば、問題なくＲ、Ｇ、Ｂ表示板として用いることができる。色スペクトルや色度は、たとえばPhotoresearch社製の「ＰＲ７０５：分光光度輝度計」で測定することが可能である。この分光光度輝度計を用いた視角依存性などを含む自発光素子の特性測定法としては、画素内部に測定スポットが納まるようにして行なう方法と、測定スポットが自発光素子（画素）全体を入れるようにして、測定面積率で測定結果を補正する方法とがあり、両者は一長一短なので測定サンプルの形状や目的によって適宜使い分けるのが良い。
【００２１】
上記した本発明の実施例１を説明する手法を用いての色度、色相の補正には、以下の物性が強度に寄与する。
１．有機分子の発光スペクトル
２．光共振器の共振特性
３．外付けの光フィルタ（デバイスの、外部への発光取り出し率を含む）
４．視覚の波長に対する感度（強度補正）
近似的には、以上の物性の、強度の波長依存性、視角依存性を考慮した積として発光の特性が得られ、上記１．〜３．のパラメータの調整により、ブルーシフトを小さくする補正をより精密なものとし、視覚依存性、波長依存性のない状態に近づけることが可能である。上記の４．は人体の視覚の属性であり変更不能である。一般的には、１．２．で可能な限り補正強度の最適化をしたものに対し、３．で最低限の微調整のみを行うようにすれば発光効率を上げるためには有利である。外付けの光フィルタは、視角依存性のない色素フィルタ系でもよいが、視角依存性のある干渉フィルタ系を用いれば、さらに視角特性を調整することも可能である。
【００２２】
さらに、５．光共振器全長を変えることにより実現される発光ピークＡのみの発生する画素と、発光ピークＡ及びＢが同時に発生する画素の両方を同時に用いて、表示パネル全体として発光ピークＡ及びＢの比率を調整することも可能である。特に、この５．は、視感度がピークＡで低くピークＢで高い青色画素について有効と考えられる。なお、Ｒの場合は、人間の視感度曲線が長波長側で低下する特性を有するため、事実上のフィルタとして機能し、赤のフィルタが不要な場合もある。青と緑のフィルタのみを設けることにより、構造省略による作製プロセスの簡略化が図れ、コストが低減できる。
【００２３】
Ｒ、Ｇ、Ｂ３色のフルカラーディスプレイ設計の一般論として、色純度が最適になる波長と、効率が最適になる波長が異なる場合は、デバイスの用途、すなわちどれだけの色純度、効率や強度を求められるかで、両者の波長の間で妥協した波長が選択される。この点において、本発明も同じである。
【００２４】
有機発光分子の発光スペクトルの形状と、その自発光素子（画素）の目的とする（Ｒ、Ｇ、Ｂいずれかの）最適色純度波長Ｐ０との大小関係により、有機発光分子の発光スペクトルとその最大強度の波長Ｑ０に対し、視角０°での共振ピーク波長Ａ０，Ｂ０をどこに設計するかは同様に違ったものとなる。
【００２５】
図２は、有機発光分子の発光スペクトルと複数の光共振強度ピークを持つ光共振器特性の組合せを説明する図である。図３は、有機発光分子の発光スペクトルと複数の光共振強度ピークを持つ光共振器特性の他の組合せを説明する図である。図４は、有機発光分子の発光スペクトルと複数の光共振強度ピークを持つ光共振器特性のさらに他の組合せを説明する図である。例えば、図２に示したように、Ｑ０がＰ０より短波長側にある場合は、Ａ０をＱ０の波長にとるときは、Ｂ０による発光が視角０°でもＢの発光が混入してもこの画素の発光色に対してはマイナスではなく、むしろ画素の色純度を波長Ｐに近づける機能を果たすとみなすことができる。
【００２６】
また、図３に示したように、有機分子の発光スペクトルが複数の極大を持ち（波長Ｑ１、Ｑ２、ここでＱ１＜Ｑ２とする）、複数の極小（波長Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３ここでＲ１＜Ｒ２＜Ｒ３とする）を持ち、Ｑ１がＰに近い場合は、Ａ０をＱ１付近になるよう設計して発光ピークＡを発生させると同時に、ＢはＲ２付近またはＲ３付近に来るように設計してＱ１−Ｒ２、Ｑ２−Ｒ３の間の有機分子の発光スペクトル成分を共振Ｂに重ねて生じる発光ピークＢを発光ピークＡのブルーシフトに対する補正とすることができる。
【００２７】
複数の極大、極小を持つ場合でも、図４に示したように、波長Ｑ１―Ｒ２−Ｑ２の差が共振特性の半値幅に比べて十分小さくできる場合や、Ｒ２における強度の、隣接する極大からの低下が十分小さいとみなしうる場合は、有機分子の発光スペクトルのＲ２における変化がデバイスの色純度・強度設計の重大な支障にはならないため、Ｑ１―Ｒ２−Ｑ２の増減を無視して図１の手法で設計することもできる。
【００２８】
図５は、複数の共振強度ピークを持つ光共振器特性を有する本発明による自発光素子の各種の構成例を説明する模式断面図である。図５の（ａ）は図の下側から発光を取出す形式の自発光素子、図５の（ｂ）は図の上側から発光を取出す形式の自発光素子、図５の（ｃ）は図の上下両側から発光を取出す形式の自発光素子である。これらの自発光素子は、通常は、図５の下側に透明な絶縁基板を有する。図５の（ａ）では、透明な絶縁基板の裏面に色フィルタ１０９が設置され、図５の（ｂ）では図の上側に透明な絶縁基板（封止缶とも称する）を有し、この絶縁基板に色フィルタ１０９が設置される。また、図５の（ｃ）では、光共振器を一対の半透明反射鏡で構成し、上下に色フィルタ１０９が設置される。
【００２９】
図５には、光共振器長の構成要素となる反射鏡間を矢印で示した。符号１０１は有機発光部に電界を印加する第一電極である金属電極兼全反射鏡、１０２は電子注入層、１０３は電子輸送層、１０４は発光層、１０５はホール輸送層、１０６，１０６aは有機発光部に電界を印加する第二電極である透明電極である。電子注入層１０２、電子輸送層１０３、発光層１０４、ホール輸送層１０５で有機発光部を構成する。また、符号１０７は透明誘電体薄膜、１０８は半透明反射鏡、１０９は該自発光素子（表示装置の場合は、所謂、画素）のＲ、Ｇ、Ｂいずれかの発光色のみを通過させ、同時にスペクトル波形の補正を行なう色フィルタである。
【００３０】
この自発光素子の素子構造は、ガラスあるいはプラスチックの絶縁基板上に薄膜形成プロセスで上記の各層を順次積層して形成される。前記したように、絶縁基板は透明基板であれば図５の（ａ）、（ｂ）、(ｃ)それぞれの素子構造のどちら側（図５の上下）にあっても問題はない。絶縁基板に不透明な基板を用いる場合については、図５の（ａ）、（ｂ）、(ｃ)中に広い矢印で示された発光取り出し方向側に置くことは光を発光素子から取り出す目的にそぐわない。図５の(ｃ)では、不透明な基板を用いた側からは発光が取り出されない素子となる。
【００３１】
また、電極分を含む電極間の電界発光構造部分（有機発光部を構成する電子注入層１０２、電子輸送層１０３、発光層１０４、ホール輸送層１０５、有機発光部に電界を印加する第二電極である透明電極１０６）については、これまでに報告されている材料、積層構造を使用可能である。以下、本発明の自発光素子の具体例について実施例２として説明する。
【実施例２】
【００３２】
図６は、図５の（ａ）に示した自発光素子の素子構造を用いて青色の自発光素子（所謂、青色画素）とした場合の構造を示す模式断面図である。符号２０１は金属電極兼全反射鏡（膜厚１５０nmのアルミニウム：Ａｌ）、２０２は電子注入層（同、ＬｉＦ（１．０ｎｍ））、２０３は電子輸送層（同、ＡＬＱ（４０ｎｍ））、２０４は発光層（ＡＬＱ：２０%ジスチリルアリレン（ＤＳＡ）（２０ｎｍ））、２０５はホール輸送層（α‐ＮＰＤ（４０ｎｍ））、２０６は透明電極（ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）(１６０nm)）、２０７は透明誘電体薄膜（ＳｉＯ2（（１４００ｎｍ））、２０８は半透明反射鏡（ＴｉＯ2‐ＳｉＯ2（１／４波長厚計６積層、非特許文献１参照）、２０９は該当画素の青色のみを通過させ、同時にスペクトル波形の補正を行なう色フィルタである。有機膜の屈折率は約１．７、ＩＴＯの屈折率は約１．９で、ＳｉＯ2の屈折率は約１．４５である。
【００３３】
図７Ａは、図６に示した青色の自発光素子における発光層を構成する有機発光分子の発光スペクトルの説明図である。図７Ｂは、図６に示した青色の自発光素子により実現される共振強度特性図である。図７Ｃは、図６に示した青色の自発光素子の、絶縁基板面に対する０℃、３０℃、４５℃の各観察方向における色フィルタ透過前のスペクトルの説明図、図７Ｄは、図６に示した青色の自発光素子の、絶縁基板面に対する０℃、３０℃、４５℃の各観察方向における色フィルタ透過後のスペクトルの説明図である。そして、図７Ｅは、図６に示した青色の自発光素子における色フィルタの透過特性を説明する図である。
【００３４】
図７Ｃにおける符号３０１は、上記ＤＳＡの発光スペクトルで、そのピーク波長は４６０nmでＮＴＳＣの青色の規格の波長（４７０nm付近）に近いが、長波長の発光域が６００ｎｍ以上にまであるため、発光スペクトルとしてはＣＩＥ色度図上の座標（ｘ，ｙ）＝（０．１４８，０．１４３）であって、ＮＴＳＣの青色より長波長領域寄りにある。本実施例では、これに共振器構造を組み合わせて分子発光スペクトルピーク波長付近に共振増強ピークを設定し、その波長で単色化することにより、ＮＴＳＣの青色の規格を満足する青色発光とすることができる。
【００３５】
分子発光スペクトル３０１を青用の光フィルタ（図７Ｅに示した特性）を透過させたときの発光スペクトル特性は図７Ｄに示したスペクトル３０２となる。光共振強度特性は、視角０°で図７Ｂに示したように４５０nm付近及び５００nm付近にある。共振のピーク波長は、３０°で９６％、４５°で９３%（平均屈折率が１．７の場合）であるが、各視角の発光ピークの波長は有機発光分子の発光スペクトルの勾配の影響やそれぞれのパラメータの波長依存性の影響も受ける。
【００３６】
視角の値が幾らまでを表示装置として用い、ブルーシフト補正の対象とするかは表示装置の用途から決定される。敢えて、ほぼ全視角で使用する理想的な用途を求めるなら、自発光素子においては視角０°の波長に対し最大約１５％波長が短波長化するので（非特許文献１参照）、視角０°で、Ｇ、Ｂの各色に置く図７Ｃに示したそれぞれのピークＡの波長に対し、補正の共振のピーク波長は１５％前後長波長側にあることが適切である。このことは、ｍの値として９または８を用いることが最善であることを意味する。
【００３７】
図５の（ｂ）（ｃ)に示した画素構造の場合は、透明電極１０６ｂの膜厚と半透明反射協との界面の移送シフト分が変化した分を透明誘電体薄膜１０７の膜厚に繰り入れて変更し、さらにその結果、素子全体の平均屈折率がわずかに変化した効果により視角依存性が変化した分を、例えば色フィルタ１０９の特性により微調整すれば図６での説明とほぼ同じ効果を得ることができる。
【実施例３】
【００３８】
本発明の実施例３は表示装置に係るものである。前記した自発光素子の実施例１および実施例２で説明した青色画素（青色の自発光素子）や、同様に本発明の最適化設計を施した緑色（緑色の自発光素子）、赤色発光画素（赤色の自発光素子）をＲ、Ｇ、Ｂディスプレイ画素の一部もしくは全体に組み込むことにより、視角増大によるブルーシフトや効率・輝度変化を低減できる。従来使用していなかった各Ｒ、Ｇ、Ｂの自発光素子を構成する有機発光分子スペクトルの長波長側成分が利用されるため、従来に比べて高効率化・熱的劣化低減による長寿命化の効果が達成されるが、その効果はＲ、Ｇ、Ｂディスプレイのパネル内の画素（自発光素子）で本発明の画素をより多く用いるほど大きく、全画素に用いることが理想的である。
【００３９】
本発明の表示装置は、それぞれが赤色、緑色、青色に発光する３色の有機発光分子層と、該有機発光分子層の両側に配置されて該有機発光分子層に電位差を加える第一電極および第二電極を有する有機発光素子と、該有機発光素子を挟んで配置されて該有機発光素子の発光スペクトルの強度を変調する一対の半透明反射層からなる光共振器を備えた自発光素子を絶縁基板上に複数配列して表示領域とする。
【００４０】
そして、本発明の表示装置の特徴は、前記自発光素子の前記赤色、前記緑色、前記青色のいずれか１種以上について、前記自発光素子が、前記光共振器による前記有機発光分子層の発光の強度増強特性の前記基板面の正面方向における振幅のピークを、該有機発光分子層の発光スペクトル波長域内の赤、緑、青のいずれかの発光色に有すると共に、前記発光スペクトル波長域外の長波長部にも有し、前記基板面の正面方向において振幅のピークを持つ光による前記自発光素子の前記基板面の前記正面方向から斜め方向での観察光が、当該自発光素子を構成する前記有機発光分子層の発光のスペクトル波長域内にシフトしている点にある。
【００４１】
また、本発明の表示装置の特徴は、上記の有機発光分子層が前記絶縁基板面の正面方向の前記発光スペクトル強度が、その短波長側から長波長側に向って極小→極大、極大→極小となる特性の部分のスペクトルを有し、かつ前記スペクトルの波長域内に、前記絶縁基板面の正面方向または正面方向から斜め方向で観測される前記光共振器による強度増強特性の振幅のピークを少なくとも２つ有しており、それぞれの前記ピークの波長は、その１つは極小→極大内にあり、他の１つは極大→極小内にある。
【００４２】
また、本発明の表示装置の特徴は、上記の有機発光分子層が前記絶縁基板面の正面方向の前記発光スペクトル強度が、その短波長側から長波長側に向って極小→極大、極大→極小となる特性の部分のスペクトルを有し、かつ前記スペクトルの波長域内に、前記絶縁基板面の正面または正面方向から斜め方向で観測される前記光共振器による強度増強特性の振幅のピークを当該斜め方向の角度で少なくとも２つずつ有しており、それぞれの前記ピークの波長は、その１つは極小→極大内にあり、他の１つは極大→極小内にある。
【００４３】
また、本発明の表示装置の特徴は、上記有機発光分子層が前記絶縁基板面の正面方向の前記発光スペクトル強度が、その短波長側から長波長側に向って極小→極大、極大→極小となる特性の部分のスペクトルを有し、かつ前記スペクトルの波長域内に、前記絶縁基板面の正面または正面方向から斜め方向で観測される前記光共振器による強度増強特性の振幅のピークを少なくとも２つ有しており、それぞれの前記ピークの波長は、その１つは０→極大内にあり、他の１つは極大→０内にある。
【００４４】
なお、本発明の表示装置の特徴は、上記の自発光素子を前記表示装置の前記表示領域を構成する自発光素子総数の一部に用い、あるいは前記赤色、前記緑色、前記青色のいずれか１種以上を前記表示装置の前記表示領域を構成する自発光素子総数の全部に用いる。
【００４５】
また、本発明の表示装置では、前記絶縁基板上に形成される前記自発光素子が第一の電極である金属電極兼全反射鏡、電子注入層、電子輸送層、有機発光層、ホール輸送層、第二の電極である透明電極、透明誘電体層、半透明反射鏡を、この順で積層して構成されるか、第一の電極である第一の半透明反射鏡、電子注入層、電子輸送層、有機発光層、ホール輸送層、第二の電極である透明電極、透明誘電体層、第二の半透明反射鏡をこの順で積層される。
【００４６】
また、本発明の表示装置では、前記金属電極兼全反射鏡の外側、または前記半透明反射鏡の外側、もしくは前記第一の半透明反射鏡の外側および前記第二の半透明反射鏡の外側のそれぞれに、前記有機発光分子層の発光のスペクトルの長波長域発光成分を低減する光フィルタを設ける。
【００４７】
また、可変色調照明パネルを初めとした、共振器構造を用いると視角依存性が問題となる発光デバイスにおいても、本発明により、同様にして視角増大によるブルーシフトや効率、輝度変化を低減でき、従来に比べて高効率・熱的劣化低減による高画質、かつ長寿命化が達成される。
【００４８】
本発明は、従来、共振器構造有機電界発光デバイスで取り出されていなかった有機分子発光スペクトルの長波長側成分を視角の大きい側で利用した結果として、デバイスから半空間に放出される全光量を増大させて効率を増大させ長寿命化する効果は、単色の表示パネルや光源に対する適用においても有用である。
同時に、フルカラーディスプレイ、フルカラー調色照明、プリンタの書き込みヘッドやスキャナーの読み取りセンサ、光伝送路のコネクタなどにおいて、使用上のマイナス要因となる視角によるブルーシフトを解消する手段として有効である。プリンタやスキャナの光ヘッド、光コネクションや照明装置の発光部として用いることにより、照射総光量の増大を図ることができる。また、光ヘッドや光コネクションでは、照射光波長特性の修正が可能であり、照明装置では角度依存による色調および強度変化の低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１Ａ】本発明の自発光素子の実施例を説明するための複数の共振強度ピークを持つ光共振器特性図である。
【図１Ｂ】本発明の自発光素子の実施例を構成する有機分子の発光スペクトルの説明図である。
【図１Ｃ】絶縁基板面に対する視野角の違いにおける発光スペクトルの説明図である。
【図２】有機発光分子の発光スペクトルと複数の共振強度ピークを持つ光共振器特性の組合せを説明する図である。
【図３】有機発光分子の発光スペクトルと複数の共振強度ピークを持つ光共振器特性の他の組合せを説明する図である。
【図４】有機発光分子の発光スペクトルと複数の共振強度ピークを持つ光共振器特性のさらに他の組合せを説明する図である。
【図５】複数の共振強度ピークを持つ共振器特性を有する本発明による自発光素子の各種の構成例を説明する模式断面図である。
【図６】図５の（ａ）に示した自発光素子の素子構造を用いて青色の自発光素子とした場合の構造を示す模式断面図である。
【図７Ａ】図６に示した青色の自発光素子における発光層を構成する有機発光分子の発光スペクトルの説明図である。
【図７Ｂ】図６に示した青色の自発光素子により実現される光共振強度特性図である。
【図７Ｃ】図６に示した青色の自発光素子の、絶縁基板面に対する０℃、３０℃、４５℃の各観察方向における色フィルタ透過前のスペクトルの説明図である。
【図７Ｄ】図６に示した青色の自発光素子の、絶縁基板面に対する０℃、３０℃、４５℃の各観察方向における色フィルタ透過後のスペクトルの説明図である。
【図７Ｅ】図６に示した青色の自発光素子における色フィルタの透過特性を説明する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０１：金属電極兼全反射鏡、１０２：電子注入層、１０３：電子輸送層、１０４：発光層、１０５：ホール輸送層、１０６，１０６ｂ：透明電極、１０７：透明誘電体薄膜、１０８：半透明反射鏡、１０９：色フィルタ、２０１：金属電極兼全反射鏡（Ａｌ）、２０２：電子注入層（ＬｉＦ）、２０３：電子輸送層（ＡＬＱ）、２０４：発光層（ＡＬＱ：２０％ジスチリルアリレン）、２０５：ホール輸送層（α‐ＮＰＤ）、２０６：透明電極（ＩＴＯ）、２０７：透明誘電体薄膜（ＳｉＯ2)、２０８：半透明反射鏡（ＴｉＯ2‐ＳｉＯ2）、３０１：ＤＳＡの発光スペクトル、３０２：ＤＳＡの発光スペクトルを青用の光フィルタに通した発光スペクトル。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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